KR102274787B1

KR102274787B1 - 금속 분말 제조 장치

Info

Publication number: KR102274787B1
Application number: KR1020190155341A
Authority: KR
Inventors: 다카시 시바야마; 시게노부 에구치; 신야 이마노
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-07-08
Also published as: US20200171579A1; US11712739B2; SG11202104543YA; EP3659731A1; CN113165074B; KR20200064939A; CA3061799C; EP3659731B1; JP7102325B2; JP2020084293A; CN113165074A; CA3061799A1; ES2964082T3; WO2020110708A1

Abstract

용융 금속 중의 산화물의 용탕 노즐에 대한 침입을 용이하게 방지할 수 있는 금속 분말 제조 장치를 제공하는 것. 용해 소재(30)를 가열 용융하여 용융 금속을 생성하는 제1 도가니(31)와, 제1 도가니 내의 금속을 가열 용융하기 위한 제1 가열 장치(33)와, 제1 도가니의 저면에 마련된 제1 개구부(35)를 개폐하는 스토퍼(34)와, 제1 도가니의 제1 개구부에 연결되는 일단을 갖고, 제1 도가니 내의 용융 금속을 제1 도가니의 외부로 유도하는 도입관(36)과, 도입관으로부터 유출되는 용융 금속을 수용하는 제2 도가니(32)와, 제2 도가니를 가열하기 위한 제2 가열 장치(37)와, 제2 도가니의 저면에 마련된 용탕 노즐(11)을 금속 분말 장치에 구비한다.

Description

금속 분말 제조 장치{METAL POWDER PRODUCTION APPARATUS}

본 발명은 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 고압 가스 유체를 충돌시킴으로써 미립자상의 금속(금속 분말)을 제조하는 금속 분말 제조 장치에 관한 것이다.

용융 금속으로부터 미립자상의 금속(금속 분말)을 제조하는 방법에 가스 아토마이즈법이나 수(水) 아토마이즈법을 포함하는 아토마이즈법이 있다. 가스 아토마이즈법은, 용융 금속을 저류하는 용해조의 하부의 용탕 노즐로부터 용탕을 유하시켜, 용탕 노즐의 주위에 배치된 복수의 가스 분사 노즐로부터 불활성 가스를 용탕으로 분사한다. 용탕 노즐로부터의 용융 금속의 흐름은, 가스 분사 노즐로부터의 불활성 가스 흐름에 의해 분단되고 미세한 다수의 금속 액적으로 되어 분무조 내를 낙하하고, 표면 장력에 의해 구상화하면서 응고된다. 이에 의해 분무조 저부의 채집 호퍼로 구상의 금속 분말이 회수된다.

예를 들어 일본 특허공개 제2016-211027호 공보에는, 유도 용해로 및 도가니(턴디시)를 내부에 구비하는 용해 챔버(용해조)와, 그 하부에 위치하는 분무 챔버(분무조)와, 불활성 가스를 분사하면서 도가니 내의 금속 용탕을 분무 챔버 내에 낙하시키는 아토마이즈 노즐(용탕 노즐 및 가스 분사 노즐)과, 분무 챔버 내를 가스 치환시키는 가스 도입구 및 가스 배출구와, 분무 챔버 내를 산화 분위기 및/또는 질화 분위기로 하기 위한 가스를 부여하는 제2 가스 도입구를 갖는 금속 분말의 제조 장치가 개시되어 있다.

일본 특허공개 제2016-211027호 공보

대량의 금속 입자를 적층하여 원하는 형상의 금속을 조형하는 금속 3차원 프린터의 재료 등을 비롯해서, 아토마이즈법에 종전 요구되고 있던 금속 분말보다도 입경이 작은 것의 요구가 근년 높아지고 있다. 분말 야금이나 용접 등에 사용되는 종전부터의 금속 분말의 입경은 예를 들어 70 내지 100㎛ 정도였지만, 3차원 프린터에 사용되는 금속 분말의 입경은 예를 들어 20 내지 50㎛ 정도로 매우 미세하다. 그 때문에 이러한 종류의 미립의 금속 분말을 제조하는 아토마이저의 용탕 노즐의 최소 구멍 직경은 예를 들어 3㎜ 이하로 매우 작아진다.

금속 분말은, 금속 3차원 프린터에 의한 조형 시에 고에너지 열원으로 용융되기 때문에, 고순도인 것이 중요하다. 그러나, 도가니 내의 용융 금속(용탕)에는, 진공 분위기나 불활성 가스 분위기여도 금속(용해 소재)의 가열 용융 시에 발생하는 산화물이 불순물로서 포함된다. 산화물은 용탕에 비해서 가볍기 때문에 용탕의 액면 부근에 집합한다. 예를 들어 일본 특허공개 제2016-211027호 공보와 같이 유도 용해로를 기울여 용탕을 도가니에 주입하면, 용탕 액면을 부유하는 산화물이 도가니 내에 혼입되거나, 주탕 시에 도가니 내벽의 근방에 발생하는 소용돌이 흐름이 당해 내벽에 부착되어 있던 산화물을 이탈시키거나 한다. 이 산화물이 용융 금속(용탕)과 함께 용탕 노즐을 통해 분무조 내에 도입되어 금속 분말에 포함되면 금속 분말의 순도가 저하되어 유저의 요구 순도를 충족시키지 못할 우려가 발생한다. 또한, 상기 이유에 의해 용탕 노즐의 최소 구멍 직경은 매우 작게 되어 있으며 산화물이 막히기 쉬운 구조로 되어 있다. 산화물이 용탕 노즐에 막히면 용탕 노즐의 교환, 경우에 따라서는 용탕 노즐에 연결되어 있는 도가니 자체의 교환이 필요해져서, 금속 분말의 제조 효율이 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 용융 금속 중의 산화물의 용탕 노즐에 대한 침입을 용이하게 방지할 수 있는 금속 분말 제조 장치를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 용융 전의 금속을 수용 가능한 제1 도가니와, 상기 제1 도가니 내의 금속을 가열 용융하기 위한 제1 가열 장치와, 상기 제1 도가니의 저면에 마련된 제1 개구부를 개폐하는 스토퍼와, 상기 제1 도가니의 상기 제1 개구부에 연결되는 일단을 갖고, 상기 제1 도가니 내의 용융 금속을 상기 제1 도가니의 외부로 유도하는 도입관과, 상기 도입관으로부터 유출되는 용융 금속을 수용하는 제2 도가니와, 상기 제2 도가니를 가열하기 위한 제2 가열 장치와, 상기 제2 도가니의 저면에 마련된 용탕 노즐과, 상기 용탕 노즐의 주위에 마련되고, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐을 구비하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 용융 금속 중의 산화물의 용탕 노즐에 대한 침입을 방지할 수 있어, 고순도의 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은, 금속 분말 제조 장치인 가스 아토마이즈 장치의 전체 구성도.
도 2는, 도 1의 가스 아토마이즈 장치의 금속 분무 장치(200)의 주변의 단면도.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.
도 4는, 제1 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제2 도가니(32)로부터 용탕(7)을 출탕하고 있는 상태를 나타내고 있다.
도 5는, 제2 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도.
도 6은, 제3 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도.
도 7은, 제4 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도.
도 8은, 제5 실시 형태에 따른 도입관(36)의 단면도.
도 9는, 제5 실시 형태에 따른 도입관(36)의 단면도.
도 10은, 제6 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도.
도 11은, 제7 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

-가스 아토마이즈 장치의 전체 구성-

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 가스 아토마이즈 장치(금속 분말 제조 장치)의 전체 구성도이다. 도 1의 가스 아토마이즈 장치는, 고체상의 금속(용해 소재)이 가열 용융되어 용융 금속(용탕)이 생성되는 용해조(1)와, 용해조(1)로부터 복수의 용탕 노즐(후술)(11)을 통해 세류로 되어 유하되는 용탕에 대하여 고압 가스(가스 유체)를 분사해서 다수의 미립자로 분쇄하여 용융 금속을 액체 분무하는 금속 분무 장치(200)와, 금속 분무 장치(200)에 고압 가스를 공급하기 위한 분사 가스 공급관(분사 유체 공급관)(3)과, 불활성 가스 분위기로 유지된 용기이며 금속 분무 장치(200)로부터 분무된 미립자상의 액체 금속이 낙하 중에 급랭 응고되는 분무조(4)와, 분무조(4)의 저부에 마련되고 분무조(4)에서의 낙하 중에 응고한 분말상의 고체 금속을 회수하는 채집 호퍼(5)를 구비하고 있다.

용해조(1)에는, 용융 전의 금속(용해 소재)을 수용 가능한 제1 도가니(31)와, 제1 도가니에서 가열 용융된 용융 금속을 수용하는 제2 도가니(32)가 수납되어 있다. 제2 도가니(32)의 저면에는 복수의 용탕 노즐(11)이 마련되어 있으며, 제2 도가니(32) 내에 받아들인 용융 금속(용탕)(7)을 용탕류(8)로서 분무조(4) 내에 도입 가능하게 되어 있다. 용해조(1)는, 밀폐된 용기(밀폐실)로 되어 있으며, 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 용해조(1) 내의 구성 상세에 대해서는 후술한다.

분무조(4)는, 상부 및 중부에서는 동일한 직경을 갖는 원통형 용기이지만, 채집 호퍼(5)에 의한 금속 분말의 회수 용이성의 관점에서, 하부에서는 채집 호퍼(5)에 접근할수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있다. 채집 호퍼(5)로부터는 불활성 가스가 적절히 배기(6)로서 배출되고 있다.

-금속 분무 장치(200)-

도 2는 금속 분무 장치(200) 주변의 단면도이다. 또한, 이전의 도면과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하는 경우가 있다(이후의 도면에 대해서도 마찬가지로 함).

금속 분무 장치(200)는, 분무조(4) 내에 면하는 그 저면에, 분무조(4) 내에 용융 금속을 액체 분무하는 복수의 분무 노즐(20A, 20B)(이하, 제1 분무 노즐(20A), 제2 분무 노즐(20B)이라 칭하는 경우가 있음)을 구비하고 있다. 복수의 분무 노즐(20A, 20B)은, 각각 1개의 용탕 노즐(11)과, 그 용탕 노즐(11)의 주위에 마련된 복수의 가스 분사 노즐(2)을 구비하고 있다. 또한, 도시는 일례에 지나지 않으며 분무 노즐은 1개여도 되고, 3개 이상이어도 상관없다.

금속 분무 장치(200)에는, 2개의 원기둥형 관통 구멍인 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)과 제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)이 마련되어 있으며, 제1 용탕 노즐(11A)과 제2 용탕 노즐(11B)은, 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)과 제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)의 각각에 삽입되어 있다. 용해조(1) 내의 용융 금속은 제1, 제2 용탕 노즐(11A, 11B)의 내부의 구멍을 용탕류(8)로 되어 유하되고 분무조(4) 내로 방출된다. 분무조(4) 내에 도입되는 용탕의 직경의 크기에 기여하는 제1 용탕 노즐(11A)과 제2 용탕 노즐(11B)의 최소 내경(예를 들어, 구멍 내에 마련된 오리피스의 직경)으로서는, 예를 들어 종전보다 작은 3㎜ 이하의 값을 선택할 수 있다.

금속 분무 장치(200)는, 측면에 마련된 가스 흡입 구멍(도시생략)에 접속되는 분사 가스 공급관(3)으로부터 고압 가스의 공급을 받고, 그 공급된 고압 가스를 원기둥 저면에 마련된 복수의 가스 분사 노즐(분사 구멍)(2)을 통해 지향성이 있는 분사 가스제트(가스 분류)(10)로서 분사한다. 복수의 가스 분사 노즐(2)은 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)의 주위와 제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)의 주위에 각각 원을 그리도록 배치되어 있다.

각 분무 노즐(20A, 20B)을 구성하는 복수의 가스 분사 노즐(2)로부터는, 용탕 노즐(11)로부터 유하되는 용융 금속(용탕류(8))에 대하여 가스 유체(가스 분류(10))가 분출된다. 용탕류(8)는, 복수의 가스 분사 노즐(2)의 초점의 근방에서 고압 가스가 형성하는 역원추형 유체막과 충돌해서 다수의 미립자(15)로 분쇄된다. 제1, 제2 가스 분사 노즐(2A, 2B)로부터의 분사 가스에 의해 액체상의 미립자(미립자(15))로 된 금속은, 분무조(4) 내의 낙하 중에 급속 냉각되어 응고해서 다수의 금속 분말로서 채집 호퍼(5)로 회수된다.

<제1 실시 형태>

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가스 아토마이즈 장치에 있어서의 용해조(1)의 구성 상세에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

도 3은 제1 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(고체상의 금속)(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

이 도면에 도시한 바와 같이 용해조(1)의 내부에는, 받아들인 용해 소재(금속)(30)를 가열 용융하기 위한 내열 용기인 제1 도가니(31)와, 제1 도가니(31)의 주위에 권취되고, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(금속)(30)를 가열 용융하기 위한 고주파 가열 코일(제1 가열 장치)(33)과, 제1 도가니(31)의 저면에 마련된 개구부(관통 구멍)인 제1 개구부(35)를 개폐하는 스토퍼(34)와, 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)에 연결되는 일단(제1 단부(36a))을 갖고, 제1 도가니(31) 내의 용융 금속을 제1 도가니(31)의 외부로 유도하는 배관인 도입관(36)과, 도입관(36)으로부터 유출되는 용융 금속을 수용하기 위한 내열 용기인 제2 도가니(32)와, 제2 도가니(32)의 주위에 위치하는 간접 가열용 카본(도전체)(38)과, 간접 가열용 카본(38)의 주위에 권취되고, 간접 가열용 카본(38)을 가열함으로써 간접적으로 제2 도가니(32)를 가열하는 고주파 가열 코일(제2 가열 장치)(37)과, 제2 도가니(32)의 저면에 마련되고 분무조(4) 내에 용융 금속을 유하시키는 복수의 용융 노즐(11)이 마련되어 있다.

제1 도가니(31) 및 제2 도가니(32)의 상방은 용해조(1) 내에 개방되어 있으며, 제1 도가니(31) 및 제2 도가니(32) 내는 용해조(1) 내와 동일한 압력으로 되어 있다.

제2 도가니(32)의 저면에는 도입관(36)의 타단(제2 단부(36b))에 연결되는 제2 개구부(39)가 마련되어 있으며, 이 도입관(36)을 통해 제2 도가니(32)는 제1 도가니(31) 내의 용융 금속을 수용할 수 있게 되어 있다. 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32)의 높이, 즉 제1 개구부(35)와 제2 개구부(39)의 높이는 동일하다.

고주파 가열 코일(제1 가열 장치)(33) 및 고주파 가열 코일(제2 가열 장치)(37)은 교류 전원에 접속되어 있다. 고주파 가열 코일(33, 37)이 통전되면, 피가열물인 제1 도가니(31) 내의 금속이나 카본(38)의 표면 부근에 와전류가 발생하고, 그 때 발생하는 줄 열로 피가열물이 가열된다. 이때 제2 도가니(32)는 가열된 카본(38)에 의해 간접적으로 가열된다. 또한, 본 실시 형태에서는 고주파 가열 코일(제2 가열 장치)(37)의 피가열물을 카본(38)으로 하였지만 도전체라면 다른 금속 등으로 대체 가능하다.

스토퍼(34)는 연직 방향으로 연장되는 봉형 내열성 부재이며, 스토퍼(34)에는 스토퍼(34)를 상하 이동시키는 구동 기구(도시생략)가 부착되어 있다. 구동 기구에 의해 스토퍼(34)를 하방으로 이동시켜 스토퍼(34)의 선단(하단)을 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)에 맞닿게 하면 제1 개구부(35)가 폐색되어 제1 도가니(31) 내의 용탕 유출을 정지시킬 수 있다. 반대로 스토퍼(34)를 상방으로 이동시켜 스토퍼(34)의 선단을 제1 개구부(35)로부터 이격시키면 제1 개구부(35)가 개방되어 도입관(36)에 용탕을 도입할 수 있다.

도입관(36)은, 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)에 접속되는 제1 단부(36a)와, 제2 도가니(32)의 제2 개구부(39)에 접속되는 제2 단부(36b)를 양단에 구비하는 대략 U자형 배관이다. 도입관(36) 내의 유로에 있어서 가장 높이가 낮은 부분(최저부)(36c)의 높이는, 제2 도가니(32)의 제2 개구부(39)에 연결된 제2 단부(36b)의 높이보다도 낮게 되어 있다. 본 실시 형태의 도입관(36)의 유로의 높이는, 제1 단부(36a)로부터 최저부(36c)에 이르기까지 단조롭게 감소되어 있으며, 그 후, 최저부(36c)로부터 제2 단부(36b)에 이르기까지 단조롭게 증가하고 있다. 도입관(36)과 제1 도가니(31) 및 제2 도가니(32)의 접속에는 예를 들어 접착제를 이용할 수 있다.

또한, 용탕(7)의 응고를 방지하는 관점에서, 도입관(36)의 주위에도 카본 등의 도전체를 배치하고, 당해 도전체를 고주파 가열 코일에 의해 가열하여 도입관(36)을 예열 가능한 구성으로 채용해도 된다.

-동작·효과-

상기와 같이 구성되는 금속 분말 제조 장치에서는, 금속 분말의 제조 시에, 우선, 복수의 용탕 노즐(11)로부터 유하시키기 위한 용탕(7)을 용해조(1)에서 생성한다. 이하, 그 상세에 대하여 설명한다.

우선, 스토퍼(34)를 내려서 제1 개구부(35)를 폐색시킨 상태에서 제1 도가니(31) 내에 용해 소재(30)를 투입하고, 용해조(1) 내를 진공 분위기나 불활성 가스 분위기로 유지하여 고주파 가열 코일(33)에 교류 전류를 흘린다. 이에 의해 용해 소재(30)의 주위에 자계가 발생하여, 그 자장이 용해 소재(30)의 표면에 와전류를 유도하고, 그 때 발생하는 줄 열이 용해 소재(30)를 가열 용융하여 용탕(7)이 생성된다. 이때, 용해조(1)를 진공 분위기나 불활성 가스 분위기로 유지하고 있었다고 해도 미량의 산소가 존재하기 때문에, 제1 도가니(31) 내에서는 용탕(7)과 함께 산화물(40)도 생성된다. 단, 산화물(40)은 용탕(7)에 비해 가볍기 때문에, 용탕(7)의 흐름이 정지한 정상 상태에서는 후술하는 도 4에 도시한 바와 같이 용탕(7)의 표면 부근으로 부상한다.

또한, 제1 도가니(31)의 고주파 가열 코일(33)과 마찬가지로 고주파 가열 코일(37)에도 교류 전류를 흘려 카본(38)을 가열하고, 그 카본(38)의 열로 제2 도가니(32)를 예열한다.

제1 도가니(31)에서의 용탕(7)의 생성과 제2 도가니(32)의 예열이 완료되면, 제1 도가니(31) 내의 용탕(7)을 제2 도가니(32)에 도입하고, 용탕 노즐(11)을 통해 출탕을 개시한다. 그 때의 수순에 대하여 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 제1 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제2 도가니(32)로부터 용탕(7)을 출탕하고 있는 상태를 나타내고 있다.

스토퍼(34)를 올려서 제1 개구부(35)를 개방하면, 제1 도가니(31) 내의 용탕(7)이 제1 개구부(35)를 통해 도입관(36)의 내부에 도입되고, 그 후, 제1 단부(36a), 최저부(36c) 및 제2 단부(36b)를 통과하여 제2 도가니(32) 내에 도입된다. 이때 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)은 용탕(7)의 액면 부근에 부유된 상태를 유지하기 때문에 제2 도가니(32) 내에 도입되는 일은 없다. 그리고, 제2 도가니(32) 내의 용탕(7)의 액면은, 제1 도가니(31) 내의 용탕(7)의 액면과 일치할 때까지 상승한다. 즉, 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32) 내의 용탕(7)의 액면은 도 4에 도시한 바와 같이 동일 높이로 된다. 이와 동시에 제2 도가니(32) 내에 도입된 용탕(7)은, 제2 도가니(32)의 저면에 마련된 복수의 용탕 노즐(11)을 통해 분무조(4)에 용탕류(8)로 되어 출탕한다.

그 후에도 용탕(7)의 출탕을 계속하면, 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32) 내의 용탕(7)의 액면은 동일한 높이를 유지한 채 저하되어 가고, 그 액면이 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32)의 저면(45)에 일치한 시점에서 출탕이 종료된다. 즉, 스토퍼(34)를 올려서 제1 개구부(35)로부터 이격된 상태를 유지하고 있어도, 용탕(7)의 액면이 제1 개구부(35)와 제2 개구부(39)의 상단(45)에 일치한 시점에서 출탕이 정지하기 때문에, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 도입관(36)을 통과하여 제2 도가니(32)에 침입되는 일은 없다.

따라서, 본 실시 형태의 금속 분말 제조 장치에 의하면, 용탕(7)의 생성 시에 발생한 산화물(40)이 제2 도가니(32)나 용탕 노즐(11)에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 금속 분말에 불순물이 포함되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 용탕 노즐(11)에 산화물(40)이 막히는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 고순도의 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32)의 높이를 동일하게 하고 있기 때문에, 양쪽 도가니(31, 32)의 높이를 상이하게 하고 있는 후술하는 다른 실시 형태와 비교하여 용해조(1)의 높이를 억제할 수 있다는 점도 장점으로 된다.

<제2 실시 형태>

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 주된 점은, (1) 도입관(36)의 제2 단부(36b)가 제2 도가니(32)의 측면에 마련된 제2 개구부(39)에 연결되어 있는 점과, (2) 도입관(36)의 최저부(36c)의 높이가 제2 도가니(32)의 제2 개구부(39)에 연결되는 제2 단부(36b)의 높이와 동일한 점이다.

본 실시 형태의 도입관(36)은, 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)에 접속되는 제1 단부(36a)와, 제2 도가니(32)의 제2 개구부(39)에 접속되는 제2 단부(36b)를 양단에 구비하는 대략 L자형 배관이다. 본 실시 형태의 도입관(36)의 유로의 높이는, 제1 단부(36a)로부터 최저부(36c)에 이르기까지 단조롭게 감소하고 있으며, 그 후, 최저부(36c)로부터 제2 단부(36b)에 이르기까지 일정하게 되어 있다. 환언하면, 도입관(36)은, 제1 단부(36a)로부터 제2 단부(36b)를 향하여, 그 높이가 비로소 최저부(36c)와 일치한 부분(관로의 절곡 부분)으로부터 제2 단부(36b)까지의 사이는 소정 길이의 수평관으로 되어 있다.

이와 같이 금속 분말 제조 장치를 구성하여도, 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32)의 용탕(7)의 액면이 제2 개구부(39)의 상단의 높이 위치(46)보다도 위에 위치할 때까지의 동안에는, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 제2 도가니(32) 내에 침입되는 것을 방지할 수 있다. 즉 용탕(7)의 액면이 높이 위치(46)보다 위에 있는 상태에서 스토퍼(34)를 내리는 것이 바람직하다. 단, 용탕(7)의 액면이 제2 개구부(39)의 상단 높이 위치(46)보다도 내려갔다고 해도, 산화물(40)은, 용탕(7)의 액면의 저하와 함께 제1 도가니(31), 제1 개구부(35) 및 도입관(36)의 직관부의 내벽면에 부착되어 적어져 있으며, 또한 제2 개구부(39)에 이르기까지의 수평관 부분에서 머무를 것이 예측되기 때문에, 제2 도가니(32) 내에 실제로 침입되는 산화물(40)의 양은 종전에 비해서 충분히 삭감시킬 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서도, 용융 금속 중의 산화물의 용탕 노즐에 대한 침입을 방지할 수 있어, 고순도의 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

<제3 실시 형태>

도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 주된 점은, (1) 도입관(36)의 제2 단부(36b)가 제2 도가니(32)의 측면에 마련된 제2 개구부(39)에 연결되어 있는 점이다.

본 실시 형태에서는, 도입관(36)의 유로의 높이는, 제1 단부(36a)로부터 최저부(36c)에 이르기까지 단조롭게 감소되어 있으며, 그 후, 최저부(36c)로부터 제2 단부(36b)에 이르기까지는 수평관 부분에서 일정하게 유지된 후에 단조롭게 증가하고 있다.

이와 같이 금속 분말 제조 장치를 구성한 경우에는, 용탕(7)의 액면이 제2 도가니(32)의 제2 개구부(39)의 하단의 높이 위치(47)까지 내려간 시점에서 출탕이 종료된다. 즉, 스토퍼(34)를 올려서 제1 개구부(35)로부터 이격된 상태를 유지하고 있어도, 용탕(7)의 액면이 제2 개구부(39)의 하단의 높이 위치(47)에 일치한 시점에서 출탕이 정지하기 때문에, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 도입관(36)을 통과하여 제2 도가니(32)에 침입하는 일은 없다.

따라서, 본 실시 형태의 금속 분말 제조 장치에 있어서도, 용탕(7)의 생성 시에 발생한 산화물(40)이 제2 도가니(32)나 용탕 노즐(11)에 혼입되는 것을 방지할 수 있어, 고순도의 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

<제4 실시 형태>

도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 주된 점은, (1) 제1 도가니(31)가 제2 도가니(32)의 상방에 보유 지지되어 있으며, 도입관(36)의 제2 단부(36b)가 제2 도가니(32)의 상방에 있어서 개구되어 있는 점이다.

본 실시 형태에서도, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 도입관(36)의 유로 높이는, 제1 단부(36a)로부터 최저부(36c)에 이르기까지 단조롭게 감소하고 있으며, 그 후, 최저부(36c)로부터 제2 단부(36b)에 이르기까지는 수평관 부분에서 일정하게 유지된 후에 단조롭게 증가하고 있다.

이와 같이 금속 분말 제조 장치를 구성한 경우에는, 용탕(7)의 액면이 제2 단부(36b)의 하단의 높이 위치(48)까지 내려간 시점에서 출탕이 종료된다. 즉, 스토퍼(34)를 올려서 제1 개구부(35)로부터 이격된 상태를 유지하고 있어도, 용탕(7)의 액면이 제2 단부(36b)의 하단의 높이 위치(48)에 일치한 시점에서 출탕이 정지하기 때문에, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 도입관(36)을 통과하여 제2 도가니(32)에 침입하는 일은 없다.

따라서, 본 실시 형태의 금속 분말 제조 장치에 있어서도, 용탕(7)의 생성 시에 발생한 산화물(40)이 제2 도가니(32)나 용탕 노즐(11)에 혼입되는 것을 방지할 수 있어, 고순도의 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다. 특히 본 실시 형태는 제1 도가니(31)와 제2 도가니(32)의 양쪽을 도입관(36)에 의해 접속하는 것이 불필요한 단순한 구조로 되기 때문에, 제1 실시 형태와 비교하여 제조가 용이한 점이 장점으로 된다.

또한, 도 7에 도시한 도입관(36)(용탕(7)의 유통 방향에 있어서의 최저부(36c)의 하류측에서 유로의 높이가 단조 증가하는 상향 구배부를 구비하는 도입관(36))은 도 5에 도시한 도입관(36)(용탕(7)의 유통 방향에 있어서의 최저부(36c)의 하류측에서 유로의 높이가 일정하게 유지되는 수평부를 구비하는 도입관(36))으로 대체하는 것도 가능하다.

<제5 실시 형태>

도 8 및 도 9는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 도입관(36)의 단면도이다. 상기 제1, 제2, 제3, 제4 실시 형태의 도입관(36)에는, 도입관(36)의 유로 내벽의 상부로부터 하방으로 돌출된 부유물 회수벽(36d)을 마련하는 것이 바람직하다.

예를 들어 용탕 노즐(11)로부터의 출탕의 기세가 강한 경우에는, 도입관(36) 내의 용탕의 유속이 증가하기 때문에 산화물(40)이 제2 도가니(32)에 침입할 가능성이 높아진다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 도입관(36)에 부유물 회수벽(36d)을 마련하면, 당해 산화물(40)이 도입관(36) 내를 부유하면서 제2 단부(36b)(즉 제2 도가니(32))를 향해서 이동하는 도중에, 당해 산화물을 부유물 회수벽(36d)에서 포집할 수 있다. 즉 산화물(40)이 제2 도가니(32)에 침입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 부유물 회수벽(36d)은 제2 단부(36b)에 가까운 부분에 마련하는 것이 바람직하다. 즉 도 8과 같이 수평관부를 구비하는 예에서는 제2 단부(36b)의 근방에 마련하는 것이 바람직하며, 도 9와 같이 용탕(7)의 유통 방향에 있어서의 최저부(36c)의 하류측에서 유로의 높이가 단조 증가하는 상향 구배부를 구비하는 예에서는 당해 상향 구배부의 개시 부분(환언하면, 수평관부의 종료 부분)에 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 부유물 회수벽(36d)으로서는, 예를 들어, 도입관(36)의 축방향 단면이 원형인 경우에는 그 내벽면에 원호 부분이 접하는 궁형 판을 이용해도 되고, 유로 단면의 상부뿐만 아니라 좌우나 하부에도 벽면을 갖는 오리피스와 같은 스로틀 형상을 이용해도 된다.

<제6 실시 형태>

도 10은 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 주된 점은, (1) 도입관(36)의 제2 단부(36b)에 상당하는 제1 개구부(35)의 하단이 제2 도가니(32)의 상방에 있어서 개구되어 있는 점과, (2) 제2 도가니(32)가 제1 도가니(31)의 하측에 설치되어 있는 점이다.

이와 같이 금속 분말 제조 장치를 구성하여도, 제1 도가니(31) 내의 용탕(7)의 액면이 제1 개구부(35)의 상단(즉 제1 도가니(31)의 저면)의 높이 위치(45)보다도 위에 위치하는 동안(환언하면, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 용탕(7)의 액면 부근을 부유하고 있는 동안)에는, 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 제2 도가니(32) 내에 침입되는 것을 방지할 수 있다. 즉 용탕(7)의 액면이 높이 위치(45)보다 상방에 위치하는 상태에서 스토퍼(34)를 내리는 것이 바람직하다.

또한, 제1 개구부(35)의 상단(즉 제1 도가니(31)의 저면)의 높이 위치(45)에 소정의 높이 h1을 더한 위치까지 용탕(7)의 액면이 저하된 타이밍에 스토퍼(34)를 내리도록 금속 분말 제조 장치를 구성해도 된다. 높이 h1은 산화물(40)이 용탕(7)의 액면 부근을 부유 가능한 용탕 액위에 기초하여 정하는 것이 바람직하다.

<제7 실시 형태>

도 11은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 용해조(1)의 내부 구성도이며, 제1 도가니(31) 내의 용해 소재(30)의 용해 전의 상태를 나타내고 있다.

본 실시 형태의 주된 특징은, (1) 제2 도가니(32)가 제1 도가니(31)의 하측에 위치하고 있는 점과, (2) 도입관(36)이, 대략 연직의 주관(36e)과, 주관(36e)으로부터 좌우로 분기한 2개의 지관(36g)을 구비하고 있는 점과, (3) 제2 단부(36b)에 상당하는 2개의 지관(36g)의 단부가 제2 도가니(32)의 내부에 있어서 개구되는 개구단인 점과, (4) 그 2개의 개구단(제2 단부(36b))의 높이가 도입관(36)의 최저부(36c)(주관(36e)이 2개의 지관(36g)으로 분기하는 분기부(36f))의 높이보다도 높은 점에 있다. 이하, 주로 도입관(36)의 상세에 대하여 설명한다.

도입관(36)은, 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)에 일단(제1 단부(36a))이 연결되는 주관(36e)과, 주관(36e)으로부터 분기하여 제2 도가니(32) 내에 개구되는 2개의 지관(36g)과, 주관(36e)이 2개의 지관(36g)으로 분기하는 분기부(36f)를 구비하고 있다. 주관(36e)은, 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)와 분기부(36f)를 접속하는 대략 연직의 배관이다. 주관(36e)에 있어서의 제1 도가니(31)의 제1 개구부(35)와의 연결 부분은, 도입관(36)의 일단인 제1 단부(36a)로 되어 있다. 분기부(36f)에는, 주관(36e)과 2개의 지관(36g)이 접속되어 있으며, 도입관(36) 내의 유로에 있어서 가장 높이가 낮은 최저부(36c)가 포함되어 있다. 2개의 지관(36g)은, 각각 분기부(36)와의 접속부로부터 제2 단부(36b)를 향해 유로의 높이가 단조 증가하는 상향 구배부로 되어 있으며, 제2 도가니(32) 내에 개구되어 있다. 지관(36g)의 개구단은 도입관(36)의 타단인 제2 단부(36b)로 되어 있으며, 제2 단부(36b)의 높이는 도입관(36)의 최저부(36c)의 높이보다도 높게 되어 있다. 또한, 도시한 바와 같이 분기부(36f)에 있어서의 지관(36g)과의 접속부에 도 8 및 도 9에 도시한 부유물 회수벽(36d)을 마련하여도 된다.

본 실시 형태에서도, 제3, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 도입관(36)의 유로의 높이는, 제1 단부(36a)로부터 최저부(36c)에 이르기까지 단조롭게 감소하고 있으며, 그 후, 최저부(36c)로부터 제2 단부(36b)에 이르기까지는 수평관 부분에서 일정하게 유지된 후에 단조롭게 증가하고 있다.

이와 같이 금속 분말 제조 장치를 구성한 경우에는, 용탕(7)의 액면이 제2 단부(36b)의 하단의 높이 위치(48)까지 내려간 시점에서 제2 도가니(32)에 대한 주탕이 종료된다. 즉, 스토퍼(34)를 올려서 제1 개구부(35)로부터 이격된 상태를 유지하고 있어도, 용탕(7)의 액면이 제2 단부(36b)의 하단의 높이 위치(48)에 일치한 시점에서 제2 도가니(32)에 대한 주탕이 정지하기 때문에, 제6 실시 형태와 같이 제1 도가니(31) 내의 산화물(40)이 제2 도가니(32)에 침입하는 일은 없다.

또한, 도입관(36)은 3개 이상의 지관으로 분기시켜도 되고, 제4 실시 형태의 도입관(36)과 같이 분기가 없는 배관을 본 실시 형태의 도입관(36)으로서 이용해도 된다.

<기타>

본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어떤 실시 형태에 따른 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 따른 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

상기 각 실시 형태에서는 제2 도가니(32)의 저면에 2개의 용탕 노즐(11)이 마련된 경우에 대하여 설명하였지만, 제2 도가니(32)의 저면에 마련하는 용탕 노즐(11)의 수는 둘로 한정되지 않고, 하나여도 되고, 셋 이상이어도 된다. 이 경우, 복수의 가스 분사 노즐(2)은, 용탕 노즐(11)의 각각의 주위에 마련되고, 용탕 노즐(11)의 각각으로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하게 된다.

상기 각 실시 형태에서는, 제1 도가니(31)에 고주파 가열 코일(제1 가열 장치)(33)을 권취하여 용해 소재(30)를 용해하는 구성으로 하였지만, 다른 도가니 등에서 용융된 용탕을 제1 도가니(31)에 주탕하는 구성을 채용해도 된다. 단, 이 경우, 제1 도가니(31)를 제2 도가니(32)와 마찬가지로 예열하는 구성(예를 들어 카본(38))을 추가하는 것이 바람직하다.

또한, 가스 분사 노즐(2A, 2B)로부터 기체(가스 유체)를 분사하는 경우에 대하여 설명하였지만, 물 등의 액체를 분사하여도 상관없다. 즉 유체를 분사하는 노즐이면 본 발명은 적용될 가능성이 있다.

1: 용해조
2: 가스 분사 노즐
3: 분사 가스 공급관
4: 분무조
5: 채집 호퍼
6: 배기
7: 용융 금속(용탕)
8: 용탕류
10: 분사 가스제트
11A, 11B: 용탕 노즐
12: 용탕 노즐 삽입 구멍
15: 미립자
20A, 20B: 분무 노즐
30: 용해 소재
31: 제1 도가니
32: 제2 도가니
33: 고주파 가열 코일(제1 가열 장치)
34: 스토퍼
35: 제1 개구부
36: 도입관
36a: 제1 단부
36b: 제2 단부
36c: 최저부
36d: 부유물 회수벽
36e: 주관
36f: 분기부
36g: 지관
37: 고주파 가열 코일(제2 가열 장치)
38: 간접 가열용 카본(도전체)
39: 제2 개구부
40: 산화물
200: 금속 분무 장치

Claims

용융 전의 금속을 수용할 수 있는 제1 도가니와,
상기 제1 도가니 내의 금속을 가열 용융하기 위한 제1 가열 장치와,
상기 제1 도가니의 저면에 마련된 제1 개구부를 개폐하는 스토퍼와,
상기 제1 도가니의 상기 제1 개구부에 연결되는 일단을 갖고, 상기 제1 도가니 내의 용융 금속을 상기 제1 도가니의 외부로 유도하는 도입관과,
상기 도입관으로부터 유출되는 용융 금속을 수용하는 제2 도가니와,
상기 제2 도가니를 가열하기 위한 제2 가열 장치와,
상기 제2 도가니의 저면에 마련된 용탕 노즐과,
상기 용탕 노즐의 주위에 마련되고, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐을 구비하고,
상기 도입관 내의 유로에 있어서 가장 높이가 낮은 최저부의 높이는, 상기 도입관의 타단의 높이보다도 낮거나 또는 상기 도입관의 타단의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 도입관의 타단은, 상기 제2 도가니의 저면 및 측면 중 어느 한쪽에 마련된 제2 개구부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 도입관은, 상기 도입관의 유로 내벽의 상부로부터 하방으로 돌출된 부유물 회수벽을 갖는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 도입관의 타단은, 상기 제2 도가니의 상방에 있어서 개구되어 있는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 도입관은, 상기 도입관의 유로 내벽의 상부로부터 하방으로 돌출된 부유물 회수벽을 갖는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 도입관의 타단은, 상기 제2 도가니의 내부에 있어서 개구되어 있으며,
상기 도입관 내의 유로에 있어서 가장 높이가 낮은 최저부의 높이는, 상기 타단의 높이보다도 낮은 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제6항에 있어서,
상기 도입관은, 상기 도입관에 있어서의 상기 일단을 갖는 주관과, 상기 주관으로부터 복수로 분기하여 상기 제2 도가니 내에서 개구되는 복수의 지관과, 상기 주관이 상기 복수의 지관으로 분기하는 분기부를 구비하고,
상기 분기부는, 상기 도입관 내의 유로에 있어서 가장 높이가 낮은 위치에 마련되어 있으며,
상기 복수의 지관의 개구단의 높이는, 상기 분기부의 높이보다도 높은 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제7항에 있어서,
상기 도입관은, 상기 도입관의 유로 내벽의 상부로부터 하방으로 돌출된 부유물 회수벽을 갖는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 용탕 노즐은, 상기 제2 도가니의 저면에 마련된 복수의 용탕 노즐이며,
상기 복수의 가스 분사 노즐은, 상기 복수의 용탕 노즐의 각각의 주위에 마련되고, 상기 복수의 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
용융 전의 금속을 수용할 수 있는 제1 도가니와,
상기 제1 도가니 내의 금속을 가열 용융하기 위한 제1 가열 장치와,
상기 제1 도가니의 저면에 마련된 제1 개구부를 개폐하는 스토퍼와,
상기 제1 개구부로부터 유출되는 용융 금속을 수용하는 제2 도가니와,
상기 제2 도가니를 가열하기 위한 제2 가열 장치와,
상기 제2 도가니의 저면에 마련된 용탕 노즐과,
상기 용탕 노즐의 주위에 마련되고, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐을 구비하고,
상기 제1 개구부의 하단이 상기 제2 도가니의 상방에 있어서 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 도가니는 상기 제1 도가니의 하측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 용탕 노즐은, 상기 제2 도가니의 저면에 마련된 복수의 용탕 노즐이며,
상기 복수의 가스 분사 노즐은, 상기 복수의 용탕 노즐의 각각의 주위에 마련되고, 상기 복수의 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대하여 가스 유체를 분출하는 것을 특징으로 하는, 금속 분말 제조 장치.
삭제
삭제